Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Теоретические основы и методика гидравлического расчета закрытой сети мелиоративных систем с переменным расходом жидкости

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы и методика гидравлического расчета закрытой сети мелиоративных систем с переменным расходом жидкости"

РГ6 од

МОЗКОВСЮЩ, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ | 9 ДНИ IГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Федорец Алексей Александрович

УДД 628.84/86 : 532.5

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЗАКРЫТОЙ СЕТИ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ С ПЕРЕМЕННЫМ РАСХОДОМ ЖИДКОСТИ

Специальность 06.01.02 - мелиорация и орошаемое земледелие и 05.23.16 - гидравлика и инженерная гидрология. -—'

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технический наук

Москва, 1993 г.

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте механизации и техники полива (ВНШМиТП) ВНПО "Радуга".

академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Шумаков Б.Б.; доктор технический наук, профессор Михалёв М.А.; доктор технических наук, профессор Алышев В.М.

Ведущее предприятие - Украинский Государственный головной проектно-йзыскательский и научш-исследовательский институт "Укрводпроект".

Защита состоится " " _ 1993 г. в /У"" часов

на заседании специализированного совета Д 120.16.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте

по адресу: 127550, г.Москва, ул.Прянишникова, 19, МГМИ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративного института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах,,заверенные печатью

Официальные оппоненты:

Автореферат разослан

предприятия, просим направлять в адрес специализированного совета МГМИ.

Ученый секретарь специализированного совета, профессор, к.т.н. Л.В.Яковлева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ-

Актуальность проблемы.

Интенсификация сельскохозяйственного производства на современном этапе развития мелиоративной науки ставит перед исследователями всё более сложные задачи по разработке надежных конструкций оросительных систем и совершенствованию методов их расчета. Особое внимание уделяется созданию прогрессивных технических средств и внедрению ресурсосберегающих технологий, изучению оптимизации режимов орошения и создани'о экологически безопасных технологий.

Решение этих вопросов приводит к более рациональному использованию земельных и водных ресурсов, к повышению надежности и эффективности работы оросительных систем.

Научно-исследовательские институты страны, ученые вузов ведут большую работу в указанных направлениях.

В настоящее время широкое применение в нашей стране получили закрытые системы орошения (дождевание), повер .юстные способы полива из закрытой оросительной сети, внедряются оросительные системы И.А.Шарова - Г.Ю.^йнкина, капельный и внутрипочвен-ный способы орошения.

Применение этих способов сводит до минимума потери воды на фильтрацию, увеличивает коэффициент земельного использования, позволяет экономить водные ресурсы, а капельный и вну-рипочвен-ный способы полива позволяют также орошать склоновые участии, что даёт возможность значительно расширить ирригационный фонд отдельных регионов страны.

В стране широкое распространение получили осушительные мелиорации.

Совершенствование методов расчета мелиоративных систем позволяет определить их оптимальные параметры и приобретает особую актуальность при больших масштабах мелиоративного строительства в стране.

Внедрение в практику проектирования мелиоративных систем предлагаемых научных разработок позволяет улучшить их конструкции, уменьшить материалоемкость и повысить эффективность их работы, т.е. проектировать высокоэкономичные и надежные системы, что представляет собой научную проблему, практическая реализация которой имеет большое народнохозяйственное значение.

Диссертационная работа посвящена решению этой крупной научной проблемы и выполнялась во Всесоюзном научно-исследовательском институте механизации и техники полива (ВНИИМиШ) БНПО "Радуга" в рамках Государственного плана НИР на 1976-1980 годы по проблеме 0.52.02 "Разработать и внедрить конструкции мплиоративьых систем с высоким уровнем механизации и автоматизации технологических процессов с примененном новых материалов и р-'сокопроизводительных технических средств, обеспечивающих рациональное использование водных и земельных ресурсов", а также в рамках проблемы ГКНТ 0Ц.034 задания 01.04 на 19811985 годы "Создать автоматизированные сгстемы капельного орошения для садов и виноградников, в том числе для земель со сложным рельефом и острым дефицитом водных ресурсов"и связана с на-

учно-исследоватедьскиш работами БНШМиТП, имеющими номера государственной регистрации 77005833, 78049013, 80071202, 81069326. }

Цель исследований.

Целью исследований являлась разработка теоретических основ и научно-обоснованной методики гидравлического расчета закрытой сети мелиоративных систем о переменным расходом жидкости, позволяющей определять оптимальные параметры систем, улучшить конструкцию систем, повысить их надёжность и экономичность.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Разработка теоретических основ гидравлического расчета закрытой сети мелиоративных систем с переменным расходом жидк?-

сти, базирующихся на уравнениях гидравлики с переменной массой.

2. Разработка новых методик гидравлического расчета сети закры чвс оросительных в осушительных дренажных систем, а также водо-проводящего пояса доздевальннх машин фронтального и кругового действия.

3. Новое решение задачи расчета трубопроводов о ди„лротной раздачей расхода, основанное на использовании уравнений давления жидкости с непрерывной путевой раздачей.

4. Новое решение задачи определения коэффициента гидравлического трения, коэффициента Шези и модуля расхода, а также коэффициента отсоединения массы жидкости в трубопроводах с переменным расходом жидкости.

Научная новизна.

I. В работе решена научная проблема: разработаны теоретические основы гидравлического расчета закрытой сети мелиоративных систем с переменным расходом по длине потока, которые яви-

ли"ъ базой единого методологического подхода к разработке методик гидравлического расчета современных оросительных и осушительных систем.

Получены принципиально новые, более общие дифференциальные уравнения установившегося движения жидкости с переменной массой, отличзщиеся от известных уравнений В.М.Маккавеева, И.¡¿.Коновалова и Г.Л.Петрова тем, что позволяет рассматривать значительно больший диапазон инженерных задач яри неравномерном или равномерном присоединении и отделении расхода в трубопроводах при наличии равномерной или неравномерной перфорации.

На основе теоретических и экспериментальных исследований:

- разработана методика гидравлического расчета систем капельного орошения, позволяющая подбирать их оптимальные параметры при применении различных конструкций капельниц, а также поливных трубопроводов "Аква-Дроп";

- разработана методика гидравлического расчета систем внутрипоч-венного орошения, учитывающая фильтрационные свойства почв и степень перфорации трубопроводов;

- разработана методика гидравлического расчета стационарных закрытых оросительных систем Шарова-Шейнкина, учитывающая особенности их конструкции;

- разработана методика гидравлического расчета систем поверхностного полива с помощью гибких трубопроводов, обеспечивающая подачу равномерных поливных струй в борозда;

- разработана методика гидравлического расчета дренажных систем, учитывающая водозахватпую способность дренажа;

- разработаны основы ¡асчета водопроводящего пояса дождевальных машин фронтального и кругового действия.

2. Поставлена и решена задача по определению численных значений, коэффициента гидравлического трения, коэффициента Шези, модуля расхода и коэффициента отсоединения массы яндкостп при движении шщсости с путевым с-бором.

3. Определено влияние степени перфорации трубопроводов на величину потерь напора и предложен метод учета этого параметра.

Практическая значимость работы.

Результаты исследований внедрены в практику проектирования и включены в союзные и республиканские нормативные документы:

1. "Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации систем капельного орошения". - Москва, В/О Союзводпроект, 1981. ВТР-П-28-81.

2. "Временные технические указания по гидравлическому расчету полиэтиленовых трубопроводов систем капельного орошения". -Кишинёв, "Тимпул", ТОО.

3. "Временные технические указания по проектированию, строительству и эксплуатации систем капельного орошения". - Кишинёв, "Тимпул", 1981.

4. "Временные технические указания по гидравлическому расчету поливных трубопроводов "Аква-Дроп", Кишинёв, 1985.

5. Капельное орошение .(пособие к СШП 2.06.03-85 "Мелиоративные системы и сооружения"), Союзводпроект, Москва, 1986, 149 с.

Реализация результатов исследований

Вышеперечислешше нормативные документы переданы чяду ведущих проектных и научно-исследовательских организаций системы Минводхоза СССР: институтам Союзводпроект, Сопзгщровод>:оз, Укргипроводхоз, Молдгипроводхоз, Запорожгипроводхоз, Узгипровод-хоз, Грузгипроводхоз, Армгипроводхоз, Азгшгроводхоз, ЦЧОгипро-

во;доз, Казгипроводхоз, Каракушчшроводхоз, Таджшсгипроводхоз, Укргипросад, ЕНИИГшМ и другим организациям.

"Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации систем капельного орошения" утверздено приказом по Минвод-хозу СССР № 204 от 8 мая 1981 г. и разослало в качестве нормативного документа всем проектным организациям министерства.

Для пспользования а практике проектирования предложенных методик составлены программы расчета сети систем капельного орошения и оросительных систем Шарова-Шейнкина на ЭВМ.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были доложены на всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях а семинарах: на республиканских 'научно-технических конференциях "Актуальные проблемы водохозяйственного строительства (г.Ровно, 1975, 1980 г.г.); на научно-технической конференции НИШ, ЮжНИИГиМа и Южгшгроводхоза (г. Новочеркасск, 1976 г.); на научно-технических конференциях Кишинёвского СХИ им. М.В.Фрунзе (г. Кишинёв, 1977, 1978, 1979, 1980,1983 гг.); на республиканских научных конференции "Мелиорация природной среды в условиях концентрации и специализации производства" (г. Кишинёв, 1978, 1981 гг.); на республиканском семинаре по капельное орошению (г. Кишинёв, 1978 г.); на республиканском научно-техническом семинаре "Изменение природных условий при орошении" (г. Киев, 1980 г.); на Всесоюзном научьо-техническом совещании-семинаре по вопросу состояния и развития к&лельного орошения (г.Симферополь - г. Кишинёв, 1977 г-.); на Всесоюзном совещании-семинаре (г. Ровно, 1979 г.); на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме по капельному орошению (г. Калинов, 1981 г.); на расширенном научно-техническом семинаре кафедр гидравлики, с.ельскохозяйст-

венных мелиораций, гидротехнических сооружений и др. Украинского института инженеров водного хозяйства (г. Ро^но, 1980 г.); на итоговой сессии Научного Совета по межотраслевой научно-технической проблеме в АЛ Молдавск<~1 ССР (г. Кишинёв, 1980 г.); на заседании Республиканского семинара по гидродинамике гидротехнических сооружений и гидротехнике в институте гидромеханики АН УССР (Киев, 1981 г.); на заседании научно-технического Совета Всесоюзного НИИ механизации и техники полива ЕНПО "Радуга" (г. Колоша, 1981, 1983 гг.); на научно-техническом семинаре кафедр гидравлика, инженерных мелиораций и гидрологии Ленинградского полятехшческого института им. И.И.Калинина (г.Ленинград, 1982 г.).

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 6?

работы отражающие основное содержание дассертации(в т.ч.моногра-фия).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, семи глав, г-члючения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 305 страницах машинописного текота, оодержит 48 рисунков и список литературы, включающий 281 наимзпование. Приложения (акты промышленного внедрения) представлены на 20 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации рассмотрены технология и ческие средства полива и дан анализ существующих методов гидравлического расчета закрытых оросительных систем о переменным расходом вода.

Проблемы совершенствования конструкций мелиоративных систем, повышения их эффективности, надёжности и экономичности, вопросы оптимизации режимов орошения рассматриваются в работах Л.Н.Костикова, С.Ф.Аверьянова, Б.А.Шумакова, Б.Б.Шумакова, Ц.Е.Мирцхулавы, А.И.Мурашко, А.И.Голованова, Г.И.Афанасика, И.П.Айдарова, Б.С.Маслова, Б.Ф.Носенко, Г.Ю.Шейнкина, Б.А.Сури-на, Н.Р.Хамраева, Н.Г.Пивовара, Л.М.Рекса и других ученых.

Результаты работ советских исследователей показали, что применение стационарной закрытой оросительной сети при бороздко-вом поливе хлопчатника позволяет повысить коэффициент земельного использования на 4-5%, сократить общие затраты труда на 21% и достичь экономии воды на 15-20%. При этом прибавка урожая по сравнению с поливом из временной оросительной сети составляет 2-3 ц/га и более. Аналогичные показатели получены также при поливе других культур.

Исследование эффективности систем капельного орошения, проведенное в США, Австралии, Италии, Франции, Индии, Израиле, Болгарии и других странах, показало, что урожайность сахарной сьеклы,'кукурузы, овощньг :ультур при капельном орошении цо сравнению с дождеванием повышается на 50-100%, бахчевых-на 20-80%, винограда, цитрусовых - на 15-20%, фруктов - на 20-30%.

По данным советских исследователей, применение капельного орошения дает повышение урожайности садовых культур на 20-30%, а виноградников - на 20-2Ь/и. При этом экономия воды составляет 30-40%, а в условиях Армеши, Киргизии, Крыма - и более. Отмечается, Чхо капельное и внутрипочвенное орошение оптимизирует физиологическое состояние растений, что и является причиной повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

При гидравлическом расчете мелиоративных систем с переменным расходом жидкости предлагается использовать теорию движения

падкости с переменной .»лассоЛ, в развито которой внесли существенный вклад В.М.Маккавеев, Хайндс, Фавр, И.М.Коновалов, А.П.Пат-рашев, Г.А.Петров, А.И.Егоров, Я.'Г.Ненько, А.М.Курганов, В.В,Смы-слов и другие исследователи.

Существует различный подход к резепшо задачи расчета трубопроводов о переменным расходом жидкости.

3, //(//^7 п /дг^е/^ предлагают мзтод расчета, в основу которого полоЕепа формула Хазеда-Влльямса. Эту фор'/улу предлагают использовать <2. ЗгсцшЬсМ, цВ.Ып^мс/'е?, А.НИа^-С/'Н^^.В?^^? ц другие зарубежные авторыЛЛугиР.виск предлагают использовать уравнение Д.Берпулла, а У. ис к п Л. К^-ап^Ью^!! - уравнение равномерного движения с некоторыми поправочным кооффициентс-ми. Совотскио исследователи так^е предлагают различные метода расчета перфорированных трубопроводов при решении конкретных шсгенерних задач.

Однако, проблема гидравлического расчета мелиоративных систем о переменным расходом вода вдоль трубопроводов до настоящего времени не нашла достаточно широкого освещения и теоретического обоснования: не разработаю: теоретические основы рг. чета, позволяющие создать единую методику расчета таких систем и определять нх оптимадыше параметры и экономичные конструкции. Решению этой проблемы и посвящена диссертационная работа.

Во второй главе диссертации приводятся результаты исследований по разработке теоретических основ расчета мелиоративных систем с переменным расходом жидкости, в основу которых положена теория движения жидкости с переменной массой.

Приняв, что изменение расхода по длине лотоъл является функцией интенсивности отбора (или притока) и длины1

1 Обозначение см. на стр. 44

с!С1= ^х)- ¿(^х) (I)

и ьсразив производные расхода присоединения и отсоединения по длине как функцию напора и площади перфорации

43 = 13 ¿О. + дА ^ (2)

с/х ~ Я И с/х с/х '

Жк ¿И аМ (3)

с/х 9,и ъщ ¿х '

из уравнения И.М.Коновалова получены дифференциальные уравнения установившегося движения жидкости с переменной массой в трубопроводах постоянного сечения при наличии расхода присоединения

<х.(2-а,) о с///

У СО* ( ън с/х ?а>с( с/х/ с/х * к* '

(4)

и при наличии расхода отсоединения

¿л + ?А с/± _ • & _ (5)

ЯСО* (?// с/х д<Ц? Ж' с!х к2 ~

¿/Н

Решив уравнения (4) и (5) относительно ^ , получим уравнения установившегося движения жидкости в трубопроводах, позволяющие решать ряд конкретных инженерных задач при наличии расходов присоединения или отсоединения вдоль потока:

1) наличие неравномерного расхода присоединения и неравномерной перфорации ( 1х\!фсс,п1. )

• Л

_ - 1 кг- . (6)

с/х 1+ в, СО/

2) наличие неравномерного расхода отсоединения и неравномерной перфорации (^-¿¿^Д , ю/^.

сШ _ [_КЛ ^ с/к . (7)

с/< ~ 1+ В. со/

3) наличие равномерного расхода присоединения и неравномерной перфорации (=ссп\1% 'фсспкф. )

ё- ¿- 1} ^ ■ (8) с/Г1 к2 ¿К ' (8)

4) наличие равномерного расхода отсоединения и неравномерной перфорации , со/фсм&)

Т* 1 К* ъ ¿х ' ««

гда Д =---,

аналогично выражаются параметры и Вг .

В случае равномерной перфорации ' = о / - о

и уравнения (6) ... (7) значительно упрощаются.

Решение уравнений (4) и (5) относительно и

¿X. с/К

позволило получить дифференциальные уравнения, описывающие изменение перфорации вдоль трубопровода.

Для случая отсоединения расхода при соблюдении постоянства напора вдоль трубопровода

77 = л*/ <10>

где с - ** ' -УЛ г 0/^(0^-2) 2Н

Аналогичное уравнение получено для случая присоединения расхста. Для этих случаев уравнения проинтегрированы методом приближенного интегрирования.

В современных закрытых оросительных системах происходит раздача расхода по длине поливных и распределительных трубопроводов. При этом ставится условие обеспечения равномерности раздачи вода,

т. с. получение одинаковых поливных струй из всех отверстий.

Для этого случая необходимо проинтегрировать уравнение (9), выразив расход в произвольном сечении трубопровода через расход в начальном сечении и расход отсоединения С? — — ^ •

После некоторых преобразований и интегрирования получим уравнение, позволявшее решать частную задачу: определять потери напора и отроить пьезометрические линии в трубопроводах с равномерным отсоединением расхода по длине.

Анализ зависимости для равномерного отсоединения расхода позволяет сделать вывод, что наряду с потерями напора на преодоление сопротивлений происходит восстановление потерь, обусловленное уменьшением скорости основного потока.

Интенсивность восстановления пьезометрического напора возрастает с увеличением интенсивности.отсоединяемого расхода. Это подтверждается экспериментальными работали Н.Г.Малишевского, М М.Скибы, В.Г.Турчиновича, В.В.Смыслова, А.М.Курганова и других исследователей. ■ ■

В результате анализа уравнения установлены критерии, определяющие положение пьезометрической линии при равномерном отсоединении путевого расхода.

В ряде случаев инженерной практики возникает необходимость гидравлического расчета трубопроводов при заданном неравномерном законе отсоединения расхода, например, при расчете водопроводящего пояса дождевальной машины кругового действия типа "Фрегат".

Закон изменения расхода вдоль трубопровода в этом случае определится из условия равномерности полива всей площади круга

?

2

(к)

Выразив расход воды в произвольном сеченшг водопроводящего пояса через расход в начальном сечении (расход машины) и величину отбора и найдя производную , после подстановки в (5) и преобразований получим дифференциальное уравнение, интегрирование которого приводит к зависимости

( Я* 1 2 Я* у-

(13)

Уравнение (12) является уравнением пьезометрической линии для трубопровода машины кругового действия. Общие потери напора по длине трубопровода машины кругового действия определятся из уравнения (при I =* 0):

п__I _ 1 , ,

/Г <2 ^со* ' (14)

В случав равномерного присоединения расхода по дайне трубопровода расход в произвольном сечении мояно выразить зависимостью (?Г/, — - + Тогда после интегрирования дифференциального уравнения получим

При интегрировании сделаны допущения, что величина расходной характеристики К и коэффициента присоединения жидкости О, постоянны и изменение расхода по длина происходит непрерывно и равномерно.

Исследования ряда авторов показывают, что при расчете тру-

б опрос о дов с порайонным расходом необходимо учитывать дсскрот-ность отбора ели присоединения расхода.

Отспонь перфорации трубопровода наиболее целесообразно определять частотой отверстий по длшю трубопровода, т.е. соотношением р - . В зависимости от величины р в расчетную зависимость потерь напора следует ввести параметр дискретности

- (1С)

Для определения числошшх значений к^ ькполнзцц расчоты п сравнены значении потерь напора для трубопроводов разных дцаит-ров при равномерном и при дискретном отбора с разно!! стопонью перфорации трубопровода. По рззультатам расчзта получено аналитическое выражение для параметра. дискретности

(I?)

Введение параметра дискретности позволило учитывать степень перфорации трубопровода и значительно повысить точность расчетов при опредолениц потерь напора в перфорированных трубопроводах.

В третьей главе диссертации приводятся результаты экспериментальных исследований трубопроводов поливной сети при равномерном движении жидкости. Представив уравнение Навье-Стокса в безразмерном виде и рассматривая равномерное движение жидкости с точки зрения теории подобия, нетрудно убедиться, что в критериальное уравнение в этом случае будут входить числа подобия Рейнольдса и Эйлера.

М.А.Млл.ллев и Т.Д.Кумина показали, что если выбрать за масштаб давления р перепад давлений на характерной длине, равной гидравлическому радиусу трубы, то можно легко получить зависимость число Эйлера можно выразить через коэффициент

гидравлического трения.

Если учесть, что зддкосга на модели п в натура пмое? одинаковое флзическяо свойства, то нрптерпачьноо уравнешю для коэффициента гидравлического трения в общем вида будет продставлепо рушащей числа Рейнольдса и* относительной псрохопатсстъа, а для гидравлически гладкой труб!! коэффициент гидравлического трения зависят только от числа Рейнольдса.

Обспгршю исследования дпютхпга гащссстн в трубопроводах из различных глтериалов ишмнош совотски.гл исследователями. Однако, предло.топгае разгал'и авторами зависимости дает разноречивые результаты.

С целъя уточнеппя численных значений для полнэтплопотлсс труб (ГОСТ 18599-73) были поставлены специальные эксперимент Давление глдкостл изменялось з пределах 0,08-0,3 Ша, скорость от 0,3 до 9,73 м/с.

Опыты проводились ^ переходной и гладкостенлой областях сопротивлещш. Конструкция измерительного стенда позволяла с помощью пьезометров-производить измерение потерь напора с высокой точностью.

При обработке данных опытов получены зависимости для определения коэффициента гидравлического трения при равномерном движении жидкости .

При оценке достоверности эмпирических зависимостей для полученного ряда экспериментальных данных вычислялось математическое ожидание МЫ) , дисперсия и среднеквадратично отклоне-

ние . Среднее значение л Л о определялось методом до-

верительных интегралов. При этом задавались обычно применяемой в инженерных расчетах степенью доверительности у = С,955.

Сопоставление результатов исследований с расчетами по формулам различных авторов показало, что в пределах исследованного

диапазона изменения чисел Рейнольдса значения Лс , близкие к нашим экспериментальным данным, дают зависимости, предложенные

A.Д./ льтшулем, Ф.А.Шевелёвым, А.И.Мурадпсо и М.М.Сапожниковым. Несколько заниженные значения дают формулы Блазиуса, Ншсурадае, Якоби и Эрка.

Экспериментально также изучены параметры различных типов капельниц отечественного производства и производства зарубежных фирм. Определены оптимальные зоны их работы и построены расходно-напорные характеристики, т.е. получены необходимые исходные параметры дая проектирования систем капельного орошения.

Определялись коэффициенты местных сопротивлений при подключении капельниц. Проведенные исследования позволили получить зависимости дая определения £ .

В четвертой главе диссертации излагаются результаты экспериментальных исследований трубопроводов с изменением путевого расхода жидкости.

Исследования, проведенные А.И.Егоровым, А.МЛСургановыы,

B.В.Смысловым, А.И.ЭДурашко, Ы.Г.Хубларяпом, П.А.Грабовскиы и другим авторами показывает, ^то гидравлические сопротивления'при движении жидкости в перфорированных трубопроводах как в случае отбора, так и присоединения расхода, увеличиваются по сравнению

с равномерным движением.

Физическое обоснование соотношений между параметрами, влияющими на величину потерь напора при движении жидкости в трубопроводах с переменным расходом по длине, определялось из теории размерностей (Ли-теоремы).

Потери напора л Упри движении жидкости в рассматриваемом случав зависят от скорости {/[^] , шющада живого сечения Са[1?] плотности жидкости/?/-у^у, коэффициента вязкости шмoG^z/l/ffTJ,

интенсивности отбора жидкости Оп[р], длины трубопровода /А/ , т.е. в общем виде мссшо записать

Ч/у/, ^ // (18)

или согласно Пи-теоремы

Составив безразмерные комплексы , , Ж^ и , вычислив показатели степеней при каздом параметре и учитывая, что все соотношения долгшы быть безразмерными, получим критериальное уравнение в впдз

г./' а I ли!

или, после преобразований, получш

Из критериального уравнения (21) следует, что коэффициент гидравлического трения при даияении жидкости о переменным расходом в трубопроводе является функцией числа Рейнодьдса и относительного изменения расхода по дайне трубопровода

' I - Ф, <22)

Для раокрытия функциональной зависимости (22) нами, совместно с З.Р.Маланчукон бшш проведены специальные от—ы. Иг-следовалось движение жидкости в перфорированных трубоирсводах из полиэтилена низкой плотности дайной 2, 4 и 20 м с кальбрс ■ ванными отверстиями диаметром I, 2 и 3 мм. Расстояние мевду отверстиями принималось 0,0625;. 0,125; 0,25; 0,5; 1,0 и 2,0 м.

Давление еидкооти в начальном сечешш изменялось от 0,06 Ша до 0,3 Ша, при етоы число Рейнольдоа изменялось от 1000 до 100000, т.о. опиты производились с различной интенсивностью отбора жидкости.

На рис. I представлены графики /?л и = {$<?).

Сравнение этих графиков показывает, что 2„>/)с. С увеличение!! интенсивности отбора еидкооти эта разность возрастает.

Имея ввиду, что/^-у^е/, п учитывая (22), шгшо записать в общем виде:

(23)

Анализ отношения 71- показывает, что , т.к.

- = т-к' @ - и зависит от степе-

ни перфорации трубы. Следовательно,

(24)

(Х,1

т.е. величину интенсивности отбора жидкости можно выразить ксг ф -нкдию числа Рейнольдоа в рассматриваемом сечении

. (25)

Этот весьма важный вывод позволяет представить коэффициент гидравлического трения жидкости в перфорированных трубопроводах (учитывая 23) как функцию одной переменной - числа Рейнольдоа.

При обработке опытных данных получена зависимость

% '

Тогда зависимость (23) для определения коэффициента гидравлического трения в перфорированных трубопроводах запишется в виде

9,о

/Се

0.2.

(27)

И,Л

аор саз

0,07 0,06 0,06 0,04 0,03 0,02 О,(И

\ I

\

\

\

\ \

\

Ит.) /,6 15 1Л 1,3 1.2 1.1 1.0

10

20

50

40

50

РеЧО1

Рис. I. Зав. Зимости: I - график /!/(

2 - график

3 - график

Анализ опытных данных показывает, что величина ;//&/= —-изменяется от 1,95 при Иг = 2000 до 1,2 при £е = 50000. При Ие > 50000 в инженерных расчетах можно принимать Я0 .

В зависимости

(27) Я с следует определять по формулам А.Д.Альтшуля, Ф.А.Шевелёва, А.И.^-рашко или М.М.Сапожникова.

Величину можно также определить по полученной . лми э-виоимости

№

Те

А,-

(28)

Сравнение наших опытных данных с результатами опытов В.В.Сшсло-

ва : Ю.М.Константинова по определению /)„ дает хорошее совпадение результатов.

Уравнения (26 ... 28) справедливы для условий опытов в пределах чисел Рейнольдса 1000 < & £ 100000.

В перфорированных трубопроводах имеет место истечение яид-кости из отверстий, когда жидкость движется в трубопроводе с определенной скоростью, т.е. когда над отверстием имеется динамический напор. В данном случае изменяется характер и степень сжатия струи, вытекающей из отверстия, а, следовательно, и численные значения коэффициентов сжатия, скорости и расхода.

Это отмечается в работах ряда советских авторов.

Для определения численных значений этих коэффициентов при наличии динамического напора нами совместно с З.Р.Маланчуком бшш поставлены специальные опыты.

Диаметры отверстий в стенках трубопровода изменялись от 2 до 6 мм, давление в трубопроводе от 0,012.до 0,3 МПа, число Рейнольдса изменялось в пределах 1000 < 170000, при этой угол наклона вытекающей струи изменялся от 60° до 90°. .

В результате опытов улановлена взаимосвязь между величиной

угла и числом Рейнольдса вытекающей струи .

* = (29)

Так как величина $еи переменная по длине перфорированного трубопровода, угол оС также изменяется по длине трубы.

Обработка опытных данных показала, что величина jt/ при истечении из отверстий в напорном перфорированном трубопроводе • пропорциональна кубу синуса угла наклона струи и может быть вычислена по зависимости

Л

3¡nAc¿. ■ (30)

Значение у;т определяется по формуле А.Д.Альтшуля для случая истечения из отверстия при статическом напоре. Установлено, что коэффициент сжатия пропорционален синусу угла наклона струи, а коэффициент скорости - квадрату синуса угла наклона.

С практической точки зрения вагашы моментом при расчете перфорировавшее трубопроводов является определение коэффициента отсоединения массы жидкости ¿7Л , входящего в уравнение движения аидкости о переменной массой п представляющего собой соотношение проекции скорости отсоединяемой струи на ось движения основного потока к скорости основного потока. Я.Т.Ненько, Г.А.Петров, Р.Ш.Исмйлов и другие авторы полагают, что величина = 0. В.В.Сшслов, Н.О.Езерский, П.Г.Киселёв на основании данных исследований предлагают принимать 0<#г< I. И.М.Коновалов, Х.А.Па-воян, П.А.Грабовский, А.М.Курганов и др. считают, что ¿?л = I.

Разноречивость рекомендаций разных авторов вызвала необходимость постановки специальных опытов.

В трубопроводе с/н = 20 мм просверливались отверстия диаметром от 2 до 6 ми. Давление в трубопроводе изменялось от 0,012 до 0,3 МПа. При этом число Рейнольдса находилось в пределах 250 ■< 174000. В опытах определялись скорость вытекающей струи I£ , угол отклонения струи о1 и скорость основного потока V, . ■

Исследования показывают, что с увеличением' скорости потока V/ угол оС уменьшается и кривая ) ассимптоти^ески

приближается к оси £е , т.е. при 0 Так как прак-

тически в трубопроводе число Рейнольдса не может достигнут бесконечности, следовательно, величина оС не может достигать значения 0°, а значит и коэффициент отсоединения не достигает значения ^ = I. Максимальное значение коэффициента отсоединения массы жидкости в трубопроводах по данным наших опытов

а. а 0,68.

При математической обработке опытных данных подучена зависимость

Г,

_ о, оолгки

Изменение величины коэффициента гидравгического трения по дайне перфорированного трубопровода приводит к пзшнешш численных значений коэффициента Шезп и модуля расхода.,

Коэффициент Шезп ыоано вычислить по формуле

где

Л > (32)

А = 0,/бАее'г+и£. (зз)

Для квадрата модуля расхода получена вависАШОсть

(34)

лг

Применение зависимостей (32-34) ограничивается Ь-ЭСХ&з? 100000.

Учет изменения модуля расхода по длине трубопровода значительно повышает точность расчета перфорированных трубопроводов.

В пятой главе диссертации излагается методика гидравличес--кого расчета систем капельного и систем внутрипочвенного орошения.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к поливной сети капельного орошения, является обеспечение равномерности полива всех растений. Это условие может быть выполнено подбором таких параметров сети, при которых величина напора в любом сечении поливного и участкового трубопровода находится в заданных преде-

лах, опрэделязных оптЕ/лльпоа зоной работи яапаяышц.

В основу иэтода расчета поллвинх трубопроводов (ИТ) систем капельного оропзшш пол огона полученная прл нптзгрироволна дкф~ форенциального уравнения двллоная сидкоста с переменной массой завлстгость (II).

Представив трапзптпнй расход в расснаграэаеыои с очеши кш: Л с а путевой расход (Рп о учетом (II) л (17),

поело прообразовали!! получгш расчэтзоэ уравнение для определения потерь напора на участке лI :

При расчета вся длина поливного трубопровода разделяется на учаотков дпшой л I . На каждом участке определяется потеря на- ■ пора д /? п папор в выбранных сечэниях трубопровода • ве-

личина которого додана находиться в допустимых пределах.

Порядох расчета следующий: Опредзляэтся значение - количества капельниц на участке ,

' „ А*

~ ~Г (36)

с к

а количество капельниц на длина от конца трубопровода до рассматриваемого участка

Ц * -у- (37)

Iк

Определяется среднее значение числа Рейнсшьдса /г на расчетной участке длиной л /

■ = ^ (38)

и определяется квадрат модуля расхода Кг по уравнении (34)

Опоеделив по (24) Т0 и по (17) , подставляем полученные значения в (35) и находим Ah на рассматриваемом участке. При otoj местные потери, вызываемые подключением капельниц, определяются по зависимости

Ah»~0' icfd* /• (39)

Напор в любом сечении трубопровода определяется по формуле

А(пт) =Uk? - 'nri^lj. (40)

При расчетах должно соблюдаться условие

0t9ir^h*inT)^llh(/, . (41)

Если условие (41) не соблюдается, необходимо перейти на следующий диаметр трубопровода.

Суммарные потери напора определяются как суима потерь на участках л1

(42)

/

По данным расчетов строятся пьезометрические линии (рис. 2). Возможны три положения пьезометрической линии:

а) Пьезометрическая линия выходит за нижнюю границу зоны допустимых напоров и занимает положение /¡В. В етом случав диаметр трубопровода с// недостаточен дня соблюдения условия (41) и его следует увеличить.

б) Пьезометрическая линия занимает положение A M С- , Условие (41) не соблюдается при диаметре трубопровода с/г (в концевой части трубопровода напор больше допустимого). В этом случае необходимо в концевой части запроектировать трубопровод меньшего

диаметра, т.е. запроектировать телескопический трубопровод, в) При телескопическом трубопроводе пьезометрическая линия занимает полозе ни е /¡МК, т.е. в пределах зоны допустимых напоров. Точка смены диаметра определяется по положению пьезометрической линии.

Рис. 2. Возможное расположение пьезометрических линий поливных трубопроводов.

Для проверки правильности предложенной методики расчета поливных трубопроводов выполнялись экспериментальные исследования трубопроводов длиной 180, 150, 120, 90, 60 и 30 м с размещением капельниц на трубопроводе от 0,75 до 3,0 м. Давление на входе в трубопровод изменялось в пределах 0,01-0,2 МПа. Получена также экспериментальная зависимость для определения потерь напора

"/..Л "Л т

Оштшш-путей определены значения коэффициентов, учитывающих способ подключения капельниц к трубопроводу к, н нзмэненио костенх сопротивлешй в зависимости от расстояния незду кадель-шцамя , а такта коэффициента /V п показателя степени /77 , зависящих от длины трубопровода. Сопоставление расчетов по (35) е (43) показало хорошую сходимость результатов.

Потери напора на подводдцаы участке ПТ (участок без капельниц) определяются по завЕсниоста дня р&вноьзриого дввсешш кзд-кости.

В настоящее время на сиотецах капельного орошения в качестве поливных трубопроводов внедрязтоя трубопровода "Аква-Дроп", прздатавлшцае собой гофрированную трубу, покрытую снаружи глад-костенной трубой так, что гребни гофров плотно прилегают к глад-костенной трубе и связаны с ней. В результате внутри трубы образуются спиральные каналы-водовыпкски, в которых гасится напор н вода через отверстия в наружной трубе изливается в виде капель. У нас в стране начат выпуск таких трубопроводов диаметром 20 ш о расстоянием между отверстшши-водовыпскама 28,5 см.

Исследование работы этих трубопроводов проводилось нами совместно о Н.А.Ничиком. В результате получены зависимости для определения расхода канала-водовыпуска ^ -//^ , для определения коэффициента гидравлического трения , установлена взаимосвязь между коэффициентом /)„ и аналогичным коэффициентом при равномерном движении жидкости. Для определения потерь . напора рекомендуется зависимость, предложенная Ы.Г.Хубларяном.

По резвльтатам исследований определены необходимые для проектирования параметры и разработана методика расчета поливных

трубопроводов "Аква-Дроп".

Расчет участковых трубопроводов (УТ) отличалтся от расчета ПТ необходимостью учитнватъ велпчипу коэффициента отсосдипепля массы жидкости , т.к» прп подсоединении ПТ к участковым трубопроводам в больпшгстао случаев отсутствует направляющий пту-цер (в отлпчпо от подключения капельниц к ПТ). В связи с зтем отсоединение массы жидкости происходит под углом, отлпчнш от 90°, следовательно,о. Числешгоо значение находится по (31). Расчетная зависимость для определения потерь напора на расчетном участке УТ прлмзт вид:

' " • -"к* -jTJ2-' (ЛА)

Расход поливного трубопровода определяется по зависимости

Опт-Ч«", (45)

остальные величины уравнения (44) определяются аналогично, кгг. п для поливных трубопроводов. Напор в расчетных сечениях определится по зависимости

^fyrj « IjU^lAh-yfL^AL). - (46)

Диаметры трубопроводов должны быть подобраны таким образом, . чтобы выполнялось условие

OjU^ кx {у rj

*U!ir (47)

Если условие (47) не выполняется, проектируют телескопический трубопровод. Положение сечения изменения диаметров определяется построением пьезометрической линии в зоне допустимых напоров. ■

Методика расчета увлажнителей внутрипочвенного орошения основана на использовании уравнений гидравлики переменной массы.

l> ti

а

п

ч.

г*

с

-V

H

•М

Л

4-

Ь.

s*-

ê

Т) H о

со

ff

®

%

и

№

Я

о

Ок

о

s

и

рярованннх разными способами. В этом случае значения К определяются по зависимостям:

1) для гладких полиэтиленовых трубопроводов (пористых трубок)

. <50,

2) для дренажных полиэтиленовых перфорированных трубопроводов • о четырьмя рядами круглых отверстий

К = 0.Ш с!гхИес,гг*; (51)

3) для дренажных полиэтиленовых трубопроводов с двумя ряда1,'.и продольных щолой

4) для поливишюплоридных (винипластовых) трубопроводов

0,619 $с/2'Ч}е ^ ; (53)

5) для гофрированных труб из ПВХ

К= (54)

Для керамических трубопроводов, используя рекомендации А.С.Цейтлина для Л0 и с "учетом зависимости (27)

" 1 v J №№ >

тогда

(55)

К^ИЦ ¿Г'Т" . (56)

Средняя скорость / на расчетном участке определяется по зависимости

с!"

(57)

Напор в сечениях увлажнивтля можно определить по зависимости Н^Н«-1* . : (58)

В диссертации приводится методика расчета параметров подпочвенных увлажнителей систем локального орошения с двухсторонней подачей вода.

Основное назначение подпочвенного увлажнителя - восполнение влаги, расходованной за сутки на испарение и транопирацию раоте-нияма. Для этого предусштривается подача в увлажнитель необходимого количества воды с целью получения сплошной полосы увлажнения. ' . ,

Особенностью систем локального орошения является то, что эти системы низконапорные. Подача воды в увлажнитель . осуществляется с 2-х сторон в точках, расположенных на расстоянии ¿впТ . Напор воды в точках подачи Н = 0,5 ... 1,5 м.

Задача расчета заключается в определении оптимального расстояния /. ьлг между точками .подачи при условии, что отклонение расхода в отверстиях не должно превышать 10£ от заданного расхода , а также в определении диаметров отверстий перфорации, обеспечивающих подачу расчетных расходов при напорах от И до

Ук-И-^.

Методика расчета предусматривает определение потер» напора -А А на участках по зависимости (II). - ^ядок расчета аналогичный, как в для расчета оистем внутрипочвенного орошения.

Определив потери на всех участках, вычисляют напор в точке схода потока • Из формулы расхода через отверстие определяются расходы при напорах И и Ик . Бели эти расхода отличаются не более, чем на 10£, длина /„_г считается принятой правильно.

В пестой главе диссертации предлагается методика гидравлического расчета трубопроводов систем поверхностного полива и дренажных систем.

При поливе по бороздам с помоцьв гибких трубопроводов боль-поо значение имеет равномерность поливных струй, что достигается путем устройства специальных водорегулирутацах приспособлений" а вздз клапанов о конусными пробками пли насадок с повышенным сопротивлением.

Равномерность получения полив1шх струй можно обеспечить и расчетом отверстий в стенках трубопровода. Для этого необходимо опродолить вшпятцу ыапора в сечепиях отверстий и затем рассчитать дас!!отра водовыпускных отверстий.

Валпчипу напора в произвольном сечоппи трубопровода /( модно определить по формуле (58). Коэффициент гидравлического трепля для гибких трубопроводов определяется по форгдуло А.Шевелена для условий равномерного движения жидкости. Тогда, учитывая (27), для трубопровода с раздачей расхода по длине коэффициент гидравлического трения равен

\ -

А» - ^ - (59)

а шдуль расхода определится из выражения

К-О^сМг^. (60)

Величина д А на каждом из расчетных участков трубопровода определится по зависимости

~ . (61) Расход поливной струи (р в (61) определяется по формуле

С.М.Кривовяза.

Определив /Ух по (58) и Л/7 по (61), даамэтрн водовыпускных отвергай можно рассчитать по зависимости

<Je~0,S3b{~f%C'2ír. (62) '

Предложенный метод расчета позволяет подобрать диаметры гибкого телескопического трубопровода и размеры водовыпускных отверстий, обеспечивающие подачу в борозды одинакового расхода поливных струй, что исключает необходимость регулирования расхода отверстий и предотвращает отложение илистых частиц в трубопроводе ввиду увеличения скорости потока на конечных участках трубопроводов.

В настоящее время в нашей стране для бороздкового полива садов и виноградников в Средней Азии получ&ли применение оросительные системы И.А.Шарова-Г.Ю.Шейшиша.

Одним из основных требований к работе систем бороздкового полива является обеспечение равномерности раздачи воды в борозда, ито достигается точным расчетом поливных трубопроводов.

Расчет поливных трубопроводов заключается в определении диаметров расчетных участков трубопроводов и размеров водовыпекных отверстий.

Расход поливного трубопровода определяется исходя из количества отверстий на трубопроводе П и расчетного расхода поливной струи .

Он>л - пс1- (63)

Поливные трубопровода систем И.А.Шарова-Г.Ю.Шейнкина выпал- ' няются в большинстве случаев из полиэтиленовых или полившшлхло-рмдных труб. Коэффициенты гидравлического трения при равномерном

движении жидкости \0 определяются по зависимостям Ф. А.Шевелёва и А.И.Мураико. С учетом зависимости (27) получим величину коэффициентов гидравлического трения для условий движения жидкости о отбором расхода по длине: для полиэтиленовых трубопроводов

/1 »

л, г

для поливинилхлоридннх (винипластовых) труб

1 =

(64)

(65)

Модуль расхода на расчетных участках перфорированного трубопровода определится по зависимости (56).

Потери напора на расчетных участках поливного трубопровода определяются по зависимости

Л^^^Ггг,^ (66)

а

Напор в сечениях поливного трубопровода определится по (58), а диаметры отверстий по (62), при. этом при определении сС необходимо поставить в формулу удвоенный расход поливной струи- ^ .

Аналогично выполняется расчет стационарных систем с закрытыми распределительными и поливными трубопроводами, применяемыми для бороздкового полива высокорентабельных культур (хлопчатника) садов, виноградников).

Предлагаемая методика позволяет произ одить также гидравлический расчет дренажных систем при их работе в напорном режиме, в результате которого определяются диаметры дренажно-коллекторной сети и её транспортирующая способность.

В настоящее время широкое применение получил пластмассовый

дренаж. Детальные исследования пластмассового дропагл с влияние пор!орад;г.: на приточность вода к дронам шполноны А.И.1^раЕ::о, который предлагает зависимость для определения притока вода к одиночкой дрене с учотом её водозахватной способности.

Расстоянио могзду дренами «окно определить по зависимостям А.И.Костякова, С.©.Аверьянова, А.И.Мурашо, А.М.Янголя и др.

Подбор диаметров дронапшх трубопроводов и определенно их транспортирующей способности зависит от интенсивности притока к дрене, характеризуемого выражением

Путовой приток и транзитный расхода определяются по зависимостям, учитывающим водозахватцую способность дрены. Потери напора в дроно или коллекторе модно определить поело интегрирования дифференциального уравнения:

(68)

Входящие в (68) величины определяются аналогично предыдущим случцям.

Предложенная методика позволяет проектировать телескопические дренажные трубопроводы, что технически и экономически целе- ' сообразно.

Выполненные исследования позволили разработать методику расчета водопроводящего пояса дождевальных машин фронтального и позиционного действия типа ДДА-100 М, "Кубань", "Днепр", "Волжанка", а также машин кругового действия типа "Фрегат". Исходным условием для расчета является равенство высоты слоя осадков !\ * л » но является необходимым условием обеспечения равно-

мерности полива растений.

Исходя из этого условия, порчена зависимость для определения плопуиш сочен^я до.тчдеваяышх насадков

= (69)

Учитывал, что для каждой модификации мапппш величины (Рм , л постоянные, зависимость (69) запишется п виде

(70)

Постолшше иэ.'лпш СМ0Ш опрэделегш дял модификации ¡.'.алии ДДД-100 М, ДО'!") ЧСубат::,", Д^-120 "Дпспр\ ДКЗ "Ваязашса", что гаю гоз"о.''НСС'гь по (70) опрздолптг» зпа*шп;я Сд0 :: с/^ . Яткпкял пяпора я построите соотвстстгуггсю графические завнеи-;:ос-гл с!-£(н) и (0{ -•¡■{И). Это позве.чяет с достаточной стзпепьэ точности опрзг.оз.та ,ттп,:<зтр,1 пройдс:: пли долдоватагас аппаратов п решать вопрос их расстановил по длило зодопроводящого пояса с учетом обеспечения равномерности слоя догуш по всей длпне водо-проводящего пояса мапппш.

Подбор диаметров телскопического водопроводщего пояса осуществляется из условия постоянства гидравлического уклона.- Получена зависимость

^¿^Л-^+Г (71)

А

Для машин кругового действия типа "Фрегат" площадь сечений сопла аппарата определится из зависимости

/1г/1 /¿у

Диаметры телескопического трубопровода водопроЕодящего пояса

определяется по зависимости

■ ^Ф"A i1^ \ (73)

Потери напора на участках водопроводящего пояса определяются из уравнения (13), которое о учетом дискретности отбора, запишется в виде

*n*.-Kf(4*-3 ¿¡Г +5 fiY fU£ <2 fV'

/

При этом следует иметь ввиду, что определяется по (17) 0 а модуль расхода К - по (34).

В седьмой главе диссертации излагаются результаты натурных исследований поливной сети капельного орошения и техшпсо-эконо-■мические расчеты.

Натурные исследования проводились на системах капельного орошения ыежхозяйственного объединения по производству плодов., (ЦОПП) им. ХУШ съезда ВЛКСМ Рыбницкого района, МОПП им. газеты "Правда" Дубоссарского района и на Вулканештском опытно-произ-водствошом участке БНПО "Радута" d Молдавской ССР.

Исследовалась работа 65 поливных трубопроводов длиной 85, 100, 116 и 180 м с расстоянием между капельницами 0,75; 1,0; 1,5; 2,0 и 3,0 м и раоходом капельниц от 4 до 8,5 л/ч.

Было исследовано в натурных условиях 9 участковых трубопроводов длиной 60, 100 и 300 м, диаметрами 50, 65 и 110 мм о расстояниями между ПТ 3 и 4 ы. Количество поливных трубопроводов, подключенных к участковому равнялось 20, 25 и 75 штук. Сравнение расчетных и натурных потерь шпора показало, что расхождение не превышает 5$С.

Выполнено также сравнение натурных измерений с расчетными

по зависимостям, предложенным Н.И.Вдовиным и М.А.Вольтовым, Дк.Кллером и Д.Кармели. С.Г1.Ильиным, С.Б.Ароль, Ю.М.Гросманом, И.П.Орлом и Ю.Н.Беликовым, А.Г.Нцзаряном и В.В.Куркчияном. Сравнение показывает, что наибольшее отклонение (20-87$) дает методика Дк.Келлера и Д.Кармели, в основу которой положена формула Хазена - Вильямса, полученная для условий равномерного движения жидкости.

Определение экономической эффективности предлагаемой методики расчета выполнялось по "Методике определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений", утвержденной постановлением Госкомитета СМ СССР по науке и технике, Госпланом СССР, АН СССР и Госкомитетом по делам изобретений и открытий от 14.02.1977 г. № 4Ь/1б/13/3.

Технико-экономические расчеты показывают, что снижение капитальных затрат на строительство систем капельного орошения при рациональном проектировании сети по предложенной методике составляет 204,19 руб./га, а экономический эффект от внедрения составляет 30,77 руб./га (в ценах 1966 г.). .

Внедрение предлагаемой методики расчета в проектах" систем капельного орошения на площади более 10,0 тыс. га позволит за счет рационального проектирования поливных и участковых трубопроводов снизить капитальные затраты на сумму 2,4 млн.рублей и получить экономический эффект более 400 тыс.рублей.

При объеме строительства систем клле'мюго орошения 35,0 тыс. га только за счет рационального проектирования сети снижение капитальных затрат составит более 7,0 млн.руб., а экономия ресурсов составит около 3ь,0 млн.рублей.

вывода

I. Внедрение совершенных в техническом отношении способов полива позволяет существенно увеличить эффективность оросительных систем, повысить урожайность сельскохозяйственных культур и дает возможность значительной экономии водных, энергетических и других материальных ресурсов, позволяет расширить ирригационный фонд и повысить уровень автоматизации систем. Это имеет особо важное значение в свете решений ХХУЛ съезда КПСС, Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР " Об усилении работы по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов", принятом в июле 1981 г., а также в выполнении заданий Продовольственной программы СССР на период до 1990 года, принятой майским (1982г.) и октябрьским (1984 г.) Пленумом ЦК КПСС.

Разработка совершенных методов расчета этих систем, позволяющих при'проектировании определять их оптимальные параметры, является весьма важной и актуальной научной проблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение.

2, Для решения научной проблемы по разработке методики гидравлического расчета закрытой сети мелиоративных систем с переменным расходом жидкости выполнены теоретические исследования движения жидкости с присоединением или оасоединением расхода вдоль потока; проведены широкие экспериментальные исследования движения жидкости в перфорированных трубопроводах, проведены натурные исследования работы поливной сети и сравнение расчетов по теоретическим и экспериментальным зависимостям с данными натурных измерений.

3. Подучены принципиально новые дифференциальные уравнения установившегося движения жидкости с переменным расходом по длине

потока, более общие по сравнению с существующими и отличающиеся от них тем, что позволяют рассматривать значительно больший диапазон инженерных задач.

Пр1ше1Штально к работе перфорированных трубопроводов получены дифференциальные уравнения, позволяющие рассматривать задачи движения как с равномерным, так и с неравномерным рас- " ходами присоединения и отсоединения потока при наличии равномерной и неравномерной перфорации трубопроводов.

Дифференциальное уравнение движения жидкости с переменной массой проинтегрировано для случая неравномерного отсоединения расхода вдоль трубопровода.

Получено и проинтегрировало уравнение, описывающее изменение перфорации вдоль трубопровода при заданном законе присоединения или отсоединения расхода.

Интегрирование дифференциальных уравнений для случаев равномерного отсоединения и присоединения расхода позволило получить расчетные зависимости для определения потерь напора, построения пьезометрических линий, определения удельной энергии в сечениях потока и площади отверстий на единицу длины трубопровода дия рассматриваемых случаев. Полученные уравнения послужили основой для разработки методики гидравлического расчета поливной сети оросительных систем с переменным расходом жидкости и дренажных систем.

Выполненные экспериментальные исследования дали возможность проверить применимость полученных теоретик ских зависимостей для рассматриваемых случаев и уточнить ряд коэффициентов, входящих в расчетные уравнения.

Важным звеном в исследованиях явилось экспериментальное определение изменения коэффициента гидравлического трения по

дайне трубопровода при отборе жидкости Х„ и сравнение его ■численных значений со значения}«! при равномерной движении жидкости. Это позволило получить зависимости для определения модуля расхода и коэффициента Шези в перфорированных трубопроводах и ввести их в расчетные уравнения, что значительно повысило точность гидравлических расчетов.

6. Для расчетов по теоретическим зависимостям важное значение имеет уточнение значений коэффициента отсоединения массы жидкости. Этот вопрос тем более актуален, что до настоящего времени нот единого мнения исследователей по этому вопросу. В результате экспериментов установлено, что величина коэффициента отсоединения массы для перфорированных трубопроводов находится в пределах 0< 0,68. Предложена зависимость для определения его численных значений.

7. Определены параметры истечения жидкости из отверстий в перфорированных трубопроводах в зависимости от скорости движения жидкости основного потока.

Получена зависимость для определения угла отклонения струи, вытекающей из отверстия в стенке трубопровода, а также зависимости для определения коэффициентов расхода, скорости и сжатия при наличии динамического напора.

8. Установлена возможность применения зависимостей, описывающих движение жидкости с равномерной раздачей расхода но пути для расчета трубопроводов с дискретным отбором жидкости. Введение в расчетные зависимости параметра дискретности дает возможность в значительной мере уточнить расчет перфорированных трубопроводов. Получена зависимость, для определения параметра дискретности.

9. На основании выполненных теоретических и внеперимонталь них исследований разработана единая методика гидравлического расчета оросительной сети мелиоративных систем с переменным расходом жидкости:

- методика расчета систем капельного орошения, позволяющая определять оптшлалыша параметры поливной сети;

- методика расчета систем внутрнпочвенного увлажнения, позволяемая учитывать фильтрационную способность почвы;

- методика расчета систем поверхностного полива с помощью гибких трубопроводов, позволяющая рассчитывать водовыпускные отверстия, обеспечивающие одинаковую величину поливных струй;

- методика расчета стационарных оросительных систем И.А.Шарова-Г.Ю.Шейнкина и стационарной сети с закрытыми распределительными и поливными трубопроводами, позволяющая обеспечить равномерную подачу вода в борозда;

- методика гидравлического расчета дренажных систем, учитывающая водозахватную способность дрен и приточность воды к ним;

- основы расчета водопроводящего пояса дождевальных машин фронтального и позиционного действия, а также машин кругового действия.

|. Составлен алгоритм и программа расчета поливной сети систем капельного орошения на ЗВМ ВС, позволяющая определять параметры поливной сети из стандартных диаметров о учетом их стоимости и исходя из условий, что расчетный напор в любом сечении рассматриваемого трубопровода не должен отклоняться от начального более чем на 10%.

II. Дляпроверки правильности предложенных зависимостей и оценки методики расчета выполнены натурные исследования работы поливной сети на действующих системах капельного орошения. Срав-

ееыге натурных н расчетных данных дает хорошее совпадение, что подтверждает как правильность предложенной методах*, так к достоверность полученных зависимостей.

12. Результаты исследований и методика расчета поливной сети внедрены в практику проектирования, переданы многим проектным и научно-исследовательским организациям страны. Предлагаемые методики расчета включены в союзные в республиканские нормативные документы.

Основные обозначения

$ - расход в произвольном сечении потока; ф - транзитный расход;

- путевой расход;

. - расход поливного трубопровода (ПТ);

- расход присоединения; ¿¡1 - расход отсоединения;

- расход в начальной сечении трубопровода; Ом - расход дождевальной машины;

- удельный расход присоединения; ■ - удельный расход отсоединения;

- расход капельницы; ^ - удолышй расход;

^ ' - расход концевого, аппарата дождевальной машины; ¿7, - коэффициент присоединения расхода; С}2 - коэффициент отсоединения расхода; д{/ - потери напора ;

, И - напор в трубопроводе;

//,. - потери напора при дискретном отборе;

- потери напора при равномерном отборе по длине;

Л/т - потеря напора на расчетном участке;

^ - средний напор в ПТ;

¡1^- напор в произвольном сечении ПТ;

- суммарные потери напора в поливном трубопроводе; /Ух/уг)~ напор в произвольном сечении участкового

трубопровода (УТ); Нсгт - напор в начальном сечении 1ГГ; с{ - диаметр трубопровода;

С)с - начальный диаметр телескопического трубопровода; со - площади сечения трубопровода; &></ - площадь отверстий при присоединении расхода; СОс" - площадь отверстий при отсоединении расхода; С00 - площадь выходного отверстия дождевального

аппарата или насадка; X - координата по направлении потока; (пГ - длина ПТ;

- расстояние между отверстиями; [ - длина трубопровода;

- длина ПТ от конца до рассматриваемого сечения; • длина расчетного участка ПТ;

¿; - дайна УТ от конца до рассматриваемого сечения; " &1. - длина расчетного участка УТ; Ц - радиус крыла дождевальной машины кругового действия;

7 - радиус до произвольного дождевального аппарата;

- расстояние между насадками и аппаратами дождевальной машины;

- уклон УТ; г^ - уклон ПТ;

- коэффициент расхода отверстия пра статическом напоре;

- коэффицинт расхода отверстия, при динамическом напоре;

V - коэффициент кинематической вязкости жидкости; К" - модуль расхода; к^ - параметр дискретности; р - степень перфорации трубопровода;. ' - коэффициент гидравлического трения при равномерном движении жидкости; Л„ - коэффициент гидравлического трения прг путевом отборе жидкости;

- коэффициент местных сопротивлений капельниц; 10 - отношение коэффициентов'Лп и К .

Хй - интенсивность отбора жидкости;

- интенсивность притока жидкости;

оС - угол отклонения струи от направления

основного потока; о(о - коэффициент Буссинеска; /7 - количество капельниц на ПТ;

- количество капельниц от конца ПТ до рассматриваемого сечения;

/7* - количество капельниц на расчетном участке ПТ; М* - количество ПТ на расчетном участке УТ; д/7 - количество отверстий (капельниц) на расчетном

участке трубопровода; кг - скорость вытекающей струи; . V, - скорость основного потока;

- число Рейнольдса в сечении трубопровода;

- число Рейнольдса в сечении вытекающей струи.

Содержание диссертации опубликовано в 63 работах, основные

из них следующие: .

1. Федорец A.A. Движение жидкости в трубопроводах с неравномерным расходом присоединения вдоль потока. - Изв. вузов "Строительство и архитектура", № II, Новосибирск, 1975, с.94-98.

2. Федорец A.A. Исследования движения жидкости в трубопроводах при неравномерном изменении путевого расхода. - ВНИИГ, Ленинград, 1976, с.62-63.

3. Федорец A.A. Установившееся движение жидкости в открытых руслах с неравномерным увеличением расхода вдоль потока. -Изв. вузов "Строительство и архитектура", 5 4, Новосибирск, 1976, с.102-105.

4. Федорец A.A. Дифференциальные уравнения установившегося движения жидкости в трубопроводах при неравномерном изменении путевого расхода. - Изв. вузов "Строительство и архитектура", й 10, Новосибирск, 1976, C.II4-II9.

5. Федорец A.A. Расчет распределительного трубопровода при равномерной раздаче и транзитном расходе. - "Гидравлика и гидротехника", вып.27, Киев, 1978, с.48-103. '

6. Федорец A.A. Гидравлический расчет водосборных трубопроводов постоянного сечения при равномерном присоединении расхода. -"Наука и техника в городском хозяйстве", вып. 38, Киев, 1978, с.42-45.

7. Федорец A.A., Мороз С.М., Конюхов Л.А. Определение сопротивления поливных трубопроводов с капелью: ими. - "Гидротехника и мелиорация", № 2, Москва, 1978, с.49-53.

8. Федорец A.A. Движение жидкости в трубопроводах с неравномерным путевым расходом отсоединения. - "Гидроемлиорация и гидротехническое строительство", вып. 6, Львов, 1978, с.36-40.

9. Федорец A.A. Дифференциальные уравнения движения жидкости о путевым присоединением и отсоединением расхода. - "Метеорология, климатология и гидрология", W 14, Одесса, IS78, с.П4-И9.

10. Федорец A.A. Гидравлические исследования поливных трубопроводов систем капельного орошения. - Сб.трудов ВНИИМиТП, вып. II, Москва, 1978, с.115-120.

11. Федорец A.A. Установившееся движение жидкости в открытых руслах с неравномерным уменьшением расхода вдоль потока.-"Гидромелиорация и гидротехническое строительство", вып. 7, Львов, 1979, 0.43-46.

12. Федорец A.A., Маланчук З.Р. и др.' Гидравлический расчет участковых трубопроводов систем капельного орошения на ЭШ.-ЦБНТИ Минводхоза СССР, сер.1, вып.6, Москва, 1979, с.19-22.

13. Федорец A.A. Методика гидравлического расчета участковых трубопроводов систем капельного орошения. - "Мелиорация и водное хозяйство", вып. 48, Киев, i960, с.66-70.

14. Федорец A.A. Оценка точности расчетов систем капельного орошения. - ЦБНТИ Миньодхоза СССР, сер. I, вып. 4, Москва, 1980, с.11-17.

15.' Федорец A.A., Маланчук З.Р. Влияние динамического напора на величину коэффициентов сжатия, скорости и расхода. - Сб. научных трудов БШО "Радуга", Москва, 19^0, о.172-178.

16. Федорец A.A., Маланчук З.Р. и др. Временные технические указания по гидравлическому расчету полиэтиленовых трубопроводов систем капельного орошения. - Изд. "Тиыпул", Кишинёв, 1980, с.40.

17» Федорец A.A., Маланчук З.Р. Коэффициент гидравлического трения в полиэтиленовых трубопроводах при отсоединении расхода.-"Гндраыхса и гидротехника", выл.31, Киев, 1980, с.58-62.

18. Федорец A.A., Маланчук З.Р. и др. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации систем капельного орошения (ВТР-П-28-81). - Минводхоз СССР, Союзводпроект, Москва, 1961, 180 о.

19. Федорец A.A., Маланчук З.Р. и др. Времоннне технические указания на проектирование, строительство и эксплуатацию систем капельного орошения садов и виноградников. - Изд. "Тимпул", Кишинёв, 1961, 224 с.

20. Федорец A.A., Маланчук З.Р. Определение коэффициентов расхода, скорости, сжатия и сопротивления при истечении из отверстий в перфорированных трубопроводах. - "Гидравлика и гидротехника", вып. 32, Киев, 1^81, с.81-84.

21. Федорец A.A. Эффективность систем капельного орошения. -"Сельское хозяйство Молдавии", № 12, Кишинёв, 1981, с.42-43.

22. Федорец A.A. Надёжность систем капельного орошения. - "Гидротехника и мелиорация", Jf 10, Москва, 1981, с.42-43.

23. Федорец A.A. Экспериментальные исследования работы перфорированных трубопроводов. - Совершенствование технологических процессов на мелиоративных системах. Сб.трудов КСХИ, Кишинёв, 1981, с.21-25.

24. Федорец A.A., Маланчук З.Р. Гидравлические исследования работы поливной сети систем капельного орошения в натурных условиях. - "Мелиорация и водное хозяйство", вып. 53, Киев, 1981, с.48-50.

25. Федорец A.A., Маланчук З.Р. Зависимоедля гидравлического расчета систем капельного орошения. - Гидромелиорация и гидротехническое строительство", вып. 10, Львов IS82, с.49-53.

26. Федорец A.A. Гидравлический расчет стационарных ороситель-, ных систем Шарова-Шейнкина. - "Гидротехника и мелиорация", № 6, Москва, 1983, с.45-46.

27. Федорец A.Ä. Определение коэффициента отсоединения массы жидкости при расчете перфорированных трубопроводов мелиоративных систем. - Межв. сб. "Совершенствование мелиоративных сельскохозяйственных систем", Кишинёв, 1963, с.56-59.

28. Федорец A.A. Расчет трубопроводов с дискретным отбором жидкости. - "Гидротехника и мелиорация", * II, Москва, 1983, с.31-33.

29. Федорец A.A. Расчет гибких трубопроводов оросительных сиотем. - Межв. сб. "Совершенствование мелиоративных сельскохозяйственных систем", Кишинёв, 1983, с.51-55.

30. Федорец A.A. Гидравлический расчет трубопроводов дренажных систем. - Межв.сб. "Совершенствование технологических процессов на гидромелиоративных системах Молдавии и юга Украины", Кишинёв, 1984, с.30-32.

31. Федорец A.A., Ничик H.A., Маланчух З.Р. Временные технические указания по гидравлическому расчету трубопроводов "Аква-Дроп", Кишинёв, 1985, II с.

32. Федорец A.A., Ничик H.A. Гидравлические испытания трубопровода "Аква-Дроп". - "Гидротехника и мелиорация", J5 4,

.Москва, 1985, с.34-36.

33. Федорец A.A. Проблемы гидравлического расчета современных мелиоративных систем и пути их решения. - ""Водные ресурсы Молдавии", изд. Штшшца, Кишинёв, 1985, с.84-89.

34. Федорец A.A. Расчет водопроводщег'о пояса дождевальных машин фронтального и позиционного действия. - Сб. "Совершенствование проектирования, строительства и эксплуатации оро-

_ сительнцх систем в условиях Молдавии и юга Украины", Кшш-ы2з, 1986, с.5-9.

5. ФедорэцА.А., Ничнк H.A. и др. Капельное орошение (пособие . к СНпП 2.06.03-85 "Мелиоративные системы п сооружения"), Со-юзводпроект, Москва, 1986, 149 с.

S. Федорец A.A. Расчет подпочвенных увлажнителей с двухсторонней подачей вода. - Меяв. сб. "Вопросы мелиорации земель в Молдавии", Кишинёв', 1989, с.58-61.

7. Федорец A.A. Расчет водопроводящего трубопровода доздеваль-ннх машин кругового действия. - CÖ. "Прогрессивные приемы возделывания сельскохозяйственных культур при орошении", Новочеркасск, 1989, с.201-206.

8. Федорец A.A. Расчет современных мелиоративных систем с перфорированными трубопроводами. - Кишинёв, 1989, 105 с.

МШИ заказ 22 тир. 100